Кратчайшая история Вселенной. От Большого взрыва до наших дней (в сверхдоступном изложении) - Дэвид Бейкер

для зарождения жизни, слишком часто происходят сверхновые разрывы. Только в рукавах спиральных галактик, куда сместилась наша Солнечная система, звездные системы достаточно удалены друг от друга, чтобы возникла жизнь.

Линзовидные галактики (например, галактика Сомбреро) имеют такую же выпуклость, но без рукавов. Они составляют примерно 15 % галактик во Вселенной, и в них формируется очень мало звезд.

Эллиптические галактики (такие, как Геркулес А) не имеют выпуклости в центре, звезды в них распределены более равномерно. Это умирающие галактики, где почти не возникают новые звезды. Эллиптических галактик во Вселенной около 5 %.

Млечный Путь

©NASA/JPL–Caltech / R. Hurt (SSC/Caltech) via Wiki media Commons

Нерегулярные галактики – это куча-мала из галактик неправильной формы, которые сложно классифицировать. Их примерно 20 % от общего количества галактик Вселенной. Большинство нерегулярных галактик небольшие и, как правило, деформируются под воздействием гравитационного притяжения другой галактики. Форма некоторых из них в настоящее время не имеет убедительного объяснения.

Что касается количества галактик в наблюдаемой Вселенной, то общепринятой оценкой является 400 миллиардов. Однако последние исследования показывают, что их число может составлять от 1 до 10 триллионов. Такое – значительно большее – число повышает вероятность появления где-нибудь там сложной жизни. Каждая галактика может содержать миллионы, миллиарды или даже триллионы звезд. Это еще несколько бросков игрального кубика эволюции.

Срок жизни звезд

Размер звезды определяет продолжительность ее жизни, поскольку от размера зависит, как быстро звезда сжигает свое топливо. Звезды, размер которых в восемь раз превышает размер Солнца, становятся сверхновыми. Звезды меньше этого размера умирают, не взрываясь и не создавая более тяжелых элементов. Самые крупные звезды горят всего несколько миллионов лет, звезды немного меньшего размера могут светить несколько сотен миллионов лет, звезды поменьше могут существовать несколько миллиардов лет, а жизнь самых маленьких медленно горящих звезд может длиться от 100 миллиардов до нескольких триллионов лет.

Звезды первого поколения, образовавшиеся после Большого взрыва, были гигантскими и взорвались миллиарды лет назад. Второе поколение звезд, сформировавшееся из продуктов взрыва первого, содержало тяжелые элементы, которые были созданы в недрах звезд первого поколения. Большинство звезд второго поколения тоже погибло за последние 13 миллиардов лет, но многие из них все еще можно обнаружить во Вселенной и в пределах галактики Млечный Путь.

Возраст третьего поколения звезд составляет всего несколько миллиардов лет. Они содержат огромное разнообразие тяжелых элементов, созданных в предыдущих двух поколениях. Кроме того, вокруг звезд третьего поколения, по всей вероятности, вращается больше планет, поскольку в избытке присутствующие частицы элементов могли образовать кольца пыли и в конечном итоге превратиться в планеты. Соответственно, звезды третьего поколения (как наше Солнце) являются наиболее выгодной ставкой в пари о дальнейшем усложнении.

Космическая флора и фауна

Наше Солнце относится к типу звезд «желтый карлик». Такие звезды существуют от 4 до 15 миллиардов лет, их всего 10 % от общего количества звезд во Вселенной. Звезды немного меньшего размера, называемые оранжевыми карликами, живут 15–30 миллиардов лет и составляют еще 10 %. Красные карлики – самые маленькие звезды (около 5–50 % массы Солнца), составляющие 70 % всех звезд во Вселенной. Красные карлики могут существовать сотни миллиардов лет, даже триллионы, в зависимости от того, насколько они малы и как медленно горят. Ни одна из таких звезд не взрывается в сверхновую, а медленно сгорает до конца и гаснет.

Когда звезда, подобная нашему Солнцу, сжигает все свое водородное и гелиевое топливо, начинают гореть все более тяжелые элементы ее ядра. В результате этого процесса желтые карлики раздуваются, как рыба-шар, когда отпугивает хищника, и превращаются в красных гигантов. Еще через миллиард лет или около того они сдуваются и становятся белыми карликами – остатками звезд, подобных нашим, в ядрах которых перестали соединяться атомы. Они существуют еще несколько миллионов лет, прежде чем окончательно погаснуть. Красные гиганты и белые карлики составляют примерно 5 % звезд во Вселенной.

Оставшиеся 5 % звезд встречаются гораздо реже, но играют значительно более существенную роль в усложнении структур. Это звезды, которые взрываются и создают взрыв сверхновой. Сверхгиганты горят всего от нескольких миллионов до нескольких сотен миллионов лет (в зависимости от их размера). Они способны сплавить атомы элементов всей периодической таблицы вплоть до железа – двадцать шестого элемента. Соответственно, ядра сверхгигантов не пылают достаточно горячо, чтобы сплавить что-то более тяжелое. Как только у сверхгигантов заканчивается топливо, их массивная структура разрушается, порождая яркую вспышку – сверхновую звезду. Сверхновая горит с такой высокой температурой, что в процессе горения образуются даже более тяжелые элементы, такие как золото, серебро и уран. Сверхновые обеспечивают формирование 92 природных химических элементов Вселенной. Тот факт, что некоторые элементы (например, золото) существуют только благодаря сверхновым вспышкам менее чем 5 % звезд, объясняет, почему эти элементы являются такими редкими.

Когда сверхгиганты взрываются и создают взрыв сверхновой, они оставляют после себя мертвые остатки в виде нейтронных звезд. Нейтронные звезды исключительно плотные, тяжелые и горят не очень ярко. Если две нейтронные звезды врезаются друг в друга, они могут создать даже больше тяжелых элементов. Кроме того, они очень маленькие – всего несколько десятков километров в ширину. Огромная масса в столь небольшом пространстве серьезно увеличивает риски их превращения в черные дыры.

Черная дыра – это, по сути, сгусток материи такой большой массы, что собственная гравитация втягивает ее в себя. Сила притяжения черных дыр начинает втягивать в себя окружающую их материю, искажая сопредельное пространство. Хотя черные дыры могут быть просто огромными клубками материи, есть несколько гипотез о том, что черные дыры искривляют пространство и время вокруг себя настолько, что могут иметь необычные свойства. Например, они могут разрушать законы физики, делать течение времени прерывистым и, возможно, даже устанавливать связь с другими измерениями или другими вселенными.

Звезды и химия

На сегодняшний момент в периодической таблице насчитывается 118 элементов. Если первые девяносто два элемента встречаются по всей Вселенной, то любой из высших элементов, образующихся в природе, практически сразу вырождается в низшие формы. Высшие элементы были созданы в научных лабораториях, последний из них – 118-й элемент Og, оганесон, получила российско-американская научная группа в 2002 году.

Сложность нарастала внутри звезд, пока они проходили свои жизненные циклы. Затем звезды умирали и снова выбрасывали эти элементы во Вселенную. Они станут строительными блоками для дальнейшего усложнения структур, практически бесконечного количества комбинаций химических веществ. На сегодня насчитывают от 60 до 100 миллионов разнообразных химикалий.

Химическое вещество строится из комбинации элементов, объединенных в более высокую структуру – молекулу. Соединение атомов может сложить такую структуру, как H2O (два атома водорода и один атом кислорода) – получится вода; или SiO2, (один атом кремния и два атома кислорода) – получится кварц, самый распространенный минерал на Земле; или создать искусственную структуру, например